GPS的现代化进展及启示

目前的全球定位系统(GPS)相关信息内容多,良莠不齐,导致出现一些二手信息误导读者的问题。该文以GPS官方机构近些年公开发布的相关技术文件为依据,梳理了GPS的现代化发展历程,阐述了导航卫星上新增加的民用信号及军用信号、新一代运行控制系统、新型GPS BlockⅢ/IIIF卫星的特点,介绍了GPS Block IIIF上使用的点波束技术,并提出了几点启示。GPS是世界上第一个建成的全球卫星导航系统(GNSS),全球覆盖程度、软件应用、全球用户数量等指标都处于领先地位,它的很多技术发展方向代表当前的主流趋势。GPS建设过程中的经验教训值得我们借鉴,GPS的发展方向值得我们学习和参考。本文内容可供卫星导航行业相关人员参考。

中国内地GPS坐标时间序列噪声模型特征及其对站点速率影响

为了进一步评估全球定位系统(GPS)时间序列噪声模型水平和垂直速率的大小,及其对误差的影响,选取中国内地227个GPS连续基准站2010—2020年南北、东西和垂直3个方向的坐标时间序列,采用6种噪声模型或噪声组合模型对其进行噪声分析。结果表明,中国内地GPS坐标时间序列噪声模型存在多样性,且部分站点在不同方向的噪声模型也存在差异,主要以一阶高斯马尔可夫+随机漫步噪声(GGMWN)和闪烁噪声+白噪声(FNWN)为主;在100°E附近的GPS站点噪声特性差异最为显著;噪声模型与速率之间的关系分析表明噪声模型对水平向速率的大小和误差影响较小,在现实计算中可不考虑噪声对水平速度的影响,但对垂向速率的大小和误差影响显著;考虑噪声模型可有效提高垂向速率的精度,同时也可能会改变部分站点的垂向运动方向,所以在现实计算中须考虑噪声对垂向速率的影响。

高频GPS监测的阿拉斯加地震同震形变与震级预估

为了进一步研究2020年阿拉斯加矩震级(MW)7.8地震同震形变获取及震级预估,提出一种高频全球定位系统(GPS)监测的阿拉斯加地震同震形变与震级预估方法:利用双差动态定位方法处理震中周边9个高频GPS测站数据,并解算得到这些测站的三维位移波形;最后获取此次地震引起的同震形变并对震级结果进行预估分析。结果表明,近场GPS测站位移波形变化幅度显著,波动幅度变化不仅受震中距的影响,也可能受破裂断层、地震波传播路径及场地效应等的影响;距震中最近的AC12测站水平地面峰值位移约为40 cm,永久水平位移约为24 cm,垂向抬升约30.6 cm,震中140 km范围内的GPS测站均能够监测到量值大于1 cm的永久水平形变,330 km范围内的GPS测站能够监测到毫米级以上的永久水平形变,除AC12测站与AC45测站外,此次地震造成其余测站明显的永久沉降。这些结果反映出此次地震的震源特征表现为逆冲性质,也可为后续的研究工作提供参考;利用这些高频GPS地面峰值位移(PGD)预估此次地震的震级为7.78,与实际震级基本一致,表明利用高频GPS数据进行强震震级快速预估的可靠性。

GPS/BDS组合导航系统的精密单点定位模型

为了改善单卫星导航系统由于卫星数量较少,导致定位误差高的问题,设计全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)组合导航系统的精密单点定位模型:线性组合处理GPS与BDS的伪距和载波相位观测值,并构建GPS/BDS组合导航系统的组合观测值;接下来利用协方差成形自适应卡尔曼滤波方法,对组合导航系统导航过程中的卫星钟差、电离层延迟等误差实施滤波;再利用滤波处理后组合导航系统的广播星历,获取卫星轨道以及钟差;然后利用经验模型修正对流层延迟,获取相位观测值与伪距的综合改正数;最后利用综合改正数修正组合导航系统的观测方程,构建精密单点定位模型。实验结果表明,GPS/BDS组合导航系统采用所构建模型进行精密单点定位,不同方向定位误差均低于10 cm,证明了提出模型的有效性。

抗差Helmert方差分量估计在GPS/BDS/UWB融合定位中的应用

针对卫星信号受限环境下,全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)组合定位出现较大偏差的问题,引入超宽带(UWB)技术作为定位性能增强技术。GPS/BDS伪距测量值与UWB测距值作为原始观测值,提出了基于抗差赫尔默特(Helmert)方差分量估计的GPS/BDS/UWB融合定位方法,实现合理定权,抵御粗差影响。分别进行了静态实验和动态实验,结果表明:没有粗差情况下,GPS/BDS/UWB融合定位相对于GPS/BDS的定位精度在静态实验和动态实验中均有所提升;引入粗差后,定位结果可抵御粗差,精度提升较为明显。

基于GPS授时的通信电源数据同步采集系统设计

为解决当前通信电源数据采集系统时效性较差、时间同步精度较低的问题,引入全球定位系统(Global Positioning System,GPS)授时,提出一种全新的通信电源数据同步采集系统。通过设计系统的硬件配置,搭建良好的硬件环境。在此基础上,设计系统采集数据包协议;利用GPS授时,设计数据采集时间同步逻辑;利用数据采集节点,采集并处理通信电源数据;建立同步数据库,对采集的通信电源数据进行有效的管理与存储。测试结果表明,应用该系统后,在通信电源数据量持续增加的情况下,系统时间同步精度始终达到98%以上,性能优势显著。

GPS信号与特性分析的研究

GPS作为一种广泛应用的卫星导航系统,其导航系统的高精度、广覆盖和全天候可用性受到人们的普遍认可。然而,地面GPS接收机是相对脆弱的,容易受到各种环境因素影响,可能会对GPS接收机造成干扰,使其难以或无法正常工作。本文通过对GPS信号的基本原理、调制方式进行了研究,分析了信号特征和C/A码的生成方式,为下一步GPS信号的干扰与抗干扰提供理论和现实意义。

GPS PPP技术用于滑坡监测的试验与结果分析

为了研究全球定位系统(GPS)精密单点定位(PPP)技术用于滑坡等地质灾害监测时可能达到的精度和可靠性等问题,结合某类滑坡的大型物理模型试验,在滑坡体上布设了若干GPS监测点进行连续实时动态监测,利用PPP技术对该滑坡从稳定、开始滑动直至产生破坏的全过程监测数据进行了处理与分析,并与GPS单历元差分定位、载波相位实时差分定位技术监测结果进行了对比。结果表明:GPS PPP技术监测结果的内符合精度约为10 mm,外符合精度约为40 mm,且GPS PPP技术具有一些差分GPS无法比拟的优势,如无需基准站支持、作业成本低、效率高、可直接获取监测点在国际地球参考框架下的绝对坐标等。该技术完全可用于滑坡等地质灾害的实时动态监测和预警。

应用地基GPS遥感倾斜路径方向大气水汽总量

应用地基GPS沿倾斜路径方向遥测大气水汽总量,是获得测站周围水汽三维空间分布信息(水汽层析)的基础.本文介绍了地基GPS沿倾斜路径方向遥感大气水汽总量的原理和方法;首先用湿梯度、后处理残差联合计算接收机上空不同方位上大气水汽各向异性成分,在此基础上重构倾斜路径水汽总量.为验证GPS观测结果精度,用微波辐射计(WVR)与GPS一起进行了联合观测,不同观测地点和时间的对比结果表明,二者root mean square(RMS)误差小于4mm,证明应用此种方法地基GPS可较精确地反演出倾斜路径方向大气水汽总量,而且这种反演方法适合于近实时大气遥感探测.地基GPS测量具有全天候可连续观测等优点,可以弥补常规观测的不足,为气候研究提供高精度且连续的水汽数据资料;组网观测可以为数值天气预报提供好的初始场,提高模式预报精度.

GPS在农田土地平整地形测量中应用的初步研究

根据测量的田面高程数据和估算的平地土方量,对GPS测量技术的田间应用效果进行评价,利用统计方法对比分析定点GPS与水准仪测量的高程数据,初步探讨车载行进速度对GPS测量精度的影响,分析采用GPS技术替代人工水准仪测量方法的可行性。结果表明,基于定点GPS数据和水准仪测量结果绘制的田面微地形状况具有较好的相似性,两者间具有相同的测量精度。车载行进速度对GPS测量精度的影响是明显的,慢速下的GPS测量精度高于快速下的相应结果,低速且匀速的车辆行驶方式是确保该法测量精度的重要措施。在农田土地平整作业中,利用先进的GPS技术替代传统的人工水准仪测量方法对田面高程进行测量具有较好的可行性。

高压输电线路无线电干扰和电磁散射对GPS卫星信号影响测试及分析

为分析高压输电线路对邻近作业全球定位系统(GPS)接收信号的影响,从高压输电线路发出的无线电干扰和线路对GPS卫星信号的散射两方面分析了高压输电线路对GPS接收装置观测信号的影响。高压输电线路导线电晕产生无线电干扰主要集中在10MHz以下,通过比较高压输电线路带电前后的定位误差,分析了高压输电线路对GPS接收信号的影响;高压输电线路作为大型构架对GPS卫星信号产生散射,改变卫星信号的幅值、相位和路径,GPS接收装置可能产生定位误差。通过比较离开高压输电线路不同距离测点的定位误差,分析了高压输电线路对GPS接收信号的影响。在交流特高压试验线段下进行现场试验,获得了试验线段带电和不带电运行2种工况下24个测点定位数据。试验结果表明,随着测点离开试验线段0、30、60、120、180m,坐标精度没有明显降低,与距离远近和线路是否带电运行没有明显规律。高压输电线路对邻近作业的GPS接收信号没有影响。

GPS与InSAR技术在滑坡监测中的应用研究

合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)应用于地面形变监测已经成为地质灾害研究热点。本文分析了In-SAR技术在滑坡变形监测中的特点与技术优势,监测中InSAR、GPS的结合能够同时提高监测在空间域与时间域的分辨率;本文叙述了GPS、InSAR结合技术的理论与方法。说明利用干涉雷达结合GPS技术对滑坡进行监测是可行的,具有十分广阔的应用前景。

GIS RS GPS在山区钉螺调查中的初步应用

目的探讨应用地理信息系统(GIS)、遥感系统(RS)和全球定位系统(GPS)技术对山区平坝型血吸虫病流行区钉螺分布进行调查的效果。方法利用GPS收集云南省洱源县新联行政村的钉螺分布沟渠数据,经差分后用RS、GIS软件和该区域遥感影像进行重叠,绘制高质量钉螺分布图,将钉螺调查数据链入电子螺情图,建立GIS数据库。结果绘制了新联行政村及其自然村的历史有螺沟渠分布图,初步建立了该村螺情GIS数据库。结论本方法在大山区平坝亚型流行区钉螺调查中有良好的应用价值。

基于WiFi与GPS组合定位算法的无缝定位方法研究

无线局域网络(WLAN)是一种全新的无线信号传输平台,该文在总结目前无缝定位与导航技术的研究现状、分析存在的问题和发展趋势的基础上,提出了联合GPS和无线局域网络的组合定位方法,以实现室内外的无缝定位与导航。同时,在深入研究卫星导航定位和无线传感器网络定位原理与算法基础上,针对定位环境的不同,提出了无缝定位的解决方案、转换机制和切换策略,并以WiFi网与GPS组合定位算法为例,进行了详细分析和深入讨论,所用算法可以实现无GPS、少于4颗可用卫星以及GDOP值不满足定位情况下的定位,与单独WiFi网络定位算法相比,该算法可以提高定位精度。

bbGPS/PWV资料三维变分同化改进MM5降水预报连续试验的评估

利用区域地基GPS网反演的高时空密度的大气垂直方向水汽总量,也称为可降水量(PWV),可大大弥补常规探空探测水汽资料的不足。为了全面评估区域GPS网PWV资料同化对业务数值天气预报改进程度的目的,在个例研究分析的基础上,进行了连续38天的GPS/PWV资料三维同化(3D-Var)改进数值业务预报的试验。研究方法是根据长江三角洲地区GPS气象网在2002年梅雨和盛夏季节观测的PWV资料,通过三维变分同化建立中尺度数值预报模式MM5的初始场,逐日作出长江三角洲地区24小时的降水量预报。以6小时累积雨量为对象,与未同化GPS/PWV资料的MM5的相应预报比较,通过多种评分方法,评估了GPS/PWV资料改进MM5降水预报的效果。结果表明GPS/PWV资料同化后的MM5降水预报能力在大部分时间和大部分地区都有所提高,主要是伪击率有较明显的下降,对小范围降水预报的改进更为明显。预报明显改进的区域恰好位于GPS站填补常规探空站间距较大的地区。

一种GPS弹道辨识方法的精度仿真分析

为提高弹道修正精度,提出一种利用GPS测量数据对弹道进行辨识的方法.该方法可在降低GPS测量随机误差影响的同时,间接得到某时刻弹道倾角,为弹道预测提供初始参数.采用蒙特卡罗模拟的方法,对这种弹道辨识方法的精度进行了计算.结果表明,以目前商用单频C/A码GPS接收机的测量精度,该弹道辨识方法对落点预测的圆概率相对误差为0.09%,能够满足弹道修正引信精度要求.

现代产品几何技术规范(GPS)中基于对偶性的操作技术及其应用

揭示现代产品几何技术规范(geometricalproductspecificationandverification,GPS)中规范过程和检验/认证过程的物象对应关系,以及其表面模型存在着对偶性、操作技术存在着共性的内在规律性;并以几何误差的检验/认证过程为例,阐述利用操作及算子技术实现GPS计量过程数字化的可能性及应用规律;进一步明确基于对偶性的表面模型、操作及操作算子技术,对于实现GPS设计与计量的统一性、与CAx的集成性和数字化功能是至关重要的。

长江三角洲地区GPS大气可降水量统计特征分析

利用近7年来(2002—2008年)长江三角洲地区地基GPS网观测的大气可降水量资料,分析了长江三角洲地区大气可降水量的气候特征,重点对梅雨期的大气可降水量特征及其与强降水的关系进行了分析。结果表明:长江三角洲地区PWV分布总体呈南高北低、西高东低的分布特征,夏半年平均PWV高于冬半年20 mm左右,且长江三角洲地区南北向水汽梯度大于东西向,说明偏南气流对该地区的水汽输送作用较明显;PWV存在显著的季节变化特征,大气可降水量最大值均出现夏季的8月份,最小值出现冬季的1月份,且春、秋季节内各月间的PWV变化幅度较大,而夏、冬季内各月间的PWV变化较稳定;其次,长江三角洲地区PWV没有显著周期性年际变化和日变化特征。此外,PWV与梅雨期强降水量之间有明显关联,当梅雨期PWV值迅速由低值上升到60 mm以上时,或在强降水之后,PWV值并没有明显回落,仍然维持在高值时,极容易产生强降水,这为长江三角洲地区强降水量预报提供了一种新的信号。

高动态GPS卫星信号模拟器导航电文生成

为了测试全球定位系统GPS (GlobalPositioningSystem)接收机的性能 ,应用GPS信号模拟器来模拟各种条件下真实的GPS信号 .GPS卫星信号发生器由硬件、计算机和软件组成 .软件主要由卫星导航参数计算模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块等模块组成 .导航电文产生功能模块是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术 .给出了 3个卫星星钟改正参数的物理意义和星历产生模型 ,根据这些参数并结合相应的时间参数来形成卫星导航电文 .通过程序仿真并与导航电文进行验证 。

新一代产品几何量技术规范(GPS)标准体系研究

新成立的国际尺寸与产品几何技术委员会(ISO/TC213)提出了新一代GPS标准体系,该标准体系由基础、全局、通用和补充GPS标准组成。新一代GPS标准为产品的设计、制造、检验与评估提供了一套完整的技术规范。分析了新一代产品几何量技术规范(GPS)的系统模型、标准体系、关键技术、目前的研究方向与内容,以及我国新一代GPS标准体系的建立途径。